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第十五章 硼族元素Chapter 15 The Boron Family ElementsBoron (B) Aluminum (Al) Gallium (Ga) Indium (In)Thallium (Tl)Electron configuration ：n s 2n p 1§15-1 硼及其化合物 Boron and its Compounds一、General Properties1．硼的化学性质与Si 有某些相似之处（对角线相似原则），通常硼呈现+3氧化态，负氧化态的情况很少。
硼与金属形成非化学计量的化合物（nonstoichiometric compounds ），M 4B 、M 2B 、MB 、M 3B 4、MB 2、MB 6等。
(1) B 2O 3与SiO 2都是固态酸性氧化物，Al 2O 3是两性，CO 2是气态酸性; (2) H 3BO 3与H 4SiO 4都是很好的酸； (3) 多硼酸盐与多硅酸盐结构相似；(4) 硼烷、硅烷可形成多种可燃性气态物质，而AlH 3是固态。
2．在自然界中，硼以硼砂（borax ）：Na 2B 4O 7·10H 2O ，四水硼砂（kernite ）：Na 2B 4O 7·4H 2O ，天然硼酸 ( sassolite ）：H 3BO 3存在。
3．硼在自然界中丰度之所以低，是因为Li He B 734210105+→+n ，所以硼材料可作为核反应堆的减速剂和生物防护。
二、The Simple Substance1．Boron has several allotropic forms. 无定形硼为棕色粉末， The crystals ofboron are black. 高熔沸点（m.p. 2300℃，b.p. 2550℃）单质硼有多种复杂的晶体结构，其中最普通的一种是α - 菱形硼，其基本结构单元为正二十面体的对称几何构型，然后由B 12的这种二十面体的布起来组成六方晶系的α - 菱形硼。
硼族元素及其化合物约公元前200年，古埃及、罗马、巴比伦曾用硼沙制造玻璃和焊接黄金。
法国化学家盖·吕萨克用金属钾还原硼酸制得单质硼。
硼在地壳中的含量为0.001%。
硼为黑色或银灰色固体。
晶体硼为黑色，硬度仅次于金刚石，质地较脆。
硼还由于其缺电子性造成其氢化物中硼原子拥有异常高的配位数，使之成为所有元素氢化物中结构最复杂的。
单质硼为黑色或深棕色粉末，熔点2076℃。
沸点3927℃。
单质硼有多种同素异形体，无定形硼为棕色粉末，晶体硼呈灰黑色。
晶态硼较惰性，无定形硼则比较活泼。
单质硼的硬度近似于金刚石，有很高的电阻，但它的导电率却随着温度的升高而增大，高温时为良导体。
硼共有14种同位素，其中只有两个是稳定的。
室温时为弱导电体；高温时则为良导体。
在自然界中主要以硼酸和硼酸盐的形式存在。
晶体结构晶态单质硼有多种变体，它们都以B12正二十面体为基本的结构单元。
这个二十面体由12个B原子组成，20个接近等边三角形的棱面相交成30条棱边和12个角顶，每个角顶为一个B原子所占据。
由于B12二十面体的连接方式不同，键也不同，形成的硼晶体类型也不同。
其中最普通的一种为α-菱形硼。
α-菱形硼是由B12单元组成的层状结构，α-菱形硼晶体中既有普通的σ键，又有三中心两电子键。
许多B原子的成键电子在相当大的程度上是离域的，这样的晶体属于原子晶体，因此晶态单质硼的硬度大，熔点高，化学性质也不活泼。
在α－菱形硼晶格中，每个二十面体通过处在腰部的6个B原子以三中心两电子键与在同一平面内的相邻的6个二十面体连接起来（其中虚线三角形表示三中心两电子键，键距203pm）。
这种二十面体组成的片层，层面结合靠的是二十面体的上下各3 个B原子以6个正常的B-B共价键（即两中心两电子键，键长171pm）同上下两层的6个附近的二十面体相连接，3个在上一层，3个在下一层。
在硼的二十面体结构单元中，B12的36个电子是如下分配的：在二十面体内有13个分子轨道，用去26个电子；每个二十面体同上下相邻的6个二十面体形成6个两中心两电子共价键，用去了6个电子；在二十面体腰部的6个B原子与同平面上周围相邻的6个三中心两电子键，用去了6×2/3=4个电子，结果总电子数是26+6+4=36。
第十五章 硼族元素Chapter 15 The Boron Family ElementsBoron (B) Aluminum (Al) Gallium (Ga) Indium (In)Thallium (Tl)Electron configuration ：n s 2n p 1§15-1 硼及其化合物 Boron and its Compounds一、General Properties1．硼的化学性质与Si 有某些相似之处（对角线相似原则）,通常硼呈现+3氧化态,负氧化态的情况很少。
硼与金属形成非化学计量的化合物（nonstoichiometric compounds ）,M 4B 、M 2B 、MB 、M 3B 4、MB 2、MB 6等。
(1) B 2O 3与SiO 2都是固态酸性氧化物,Al 2O 3是两性,CO 2是气态酸性; (2) H 3BO 3与H 4SiO 4都是很好的酸； (3) 多硼酸盐与多硅酸盐结构相似；(4) 硼烷、硅烷可形成多种可燃性气态物质,而AlH 3是固态。
2．在自然界中,硼以硼砂（borax ）：Na 2B 4O 7·10H 2O,四水硼砂（kernite ）：Na 2B 4O 7·4H 2O,天然硼酸 ( sassolite ）：H 3BO 3存在。
3．硼在自然界中丰度之所以低,是因为Li He B 734210105+→+n ,所以硼材料可作为核反应堆的减速剂和生物防护。
二、The Simple Substance1．Boron has several allotropic forms. 无定形硼为棕色粉末, The crystals ofboron are black. 高熔沸点（m.p. 2300℃,b.p. 2550℃）单质硼有多种复杂的晶体结构,其中最普通的一种是α - 菱形硼,其基本结构单元为正二十面体的对称几何构型,然后由B 12的这种二十面体的布起来组成六方晶系的α - 菱形硼。
高考化学常考知识拓展：IIIA 族之硼及其化合物的性质1．硼硼单质有晶体硼和无定形硼两种，晶体硼相当稳定，无定形硼比较活泼，能发生如下反应：(1)高温下，与N 2、S 、X 2等单质反应，如2B ＋N 2=====高温2BN 。
(2)高温下同金属反应生成金属硼化物。
(3)赤热下，与水蒸气反应，2B ＋6H 2O(g)=====△2B(OH)3＋3H 2。
(4)与热的浓硫酸或浓硝酸反应，2B ＋3H 2SO 4(浓)=====△2H 3BO 3＋3SO 2↑，B ＋3HNO 3(浓)=====△H 3BO 3＋3NO 2↑。
2．硼酸(H 3BO 3)(1)一元弱酸，H 3BO 3＋H 2O H ＋＋[B(OH)4]－。
(2)H 3BO 3受热时会逐渐脱水，首先生成偏硼酸(HBO 2)，继续升温可进一步脱水生成四硼酸(H 2B 4O 7)，更高温度时则转变为硼酸的酸酐(B 2O 3)。
3．硼氢化钠(NaBH 4)]硼氢化钠中的氢元素为－1价，具有还原性，故其可用作醛类、酮类和酰氯类的还原剂：。
4．硼砂(Na 2B 4O 7·10H 2O)(1)制备：将偏硼酸钠溶于水形成较浓溶液，然后通入CO 2调节pH ，浓缩结晶分离出硼砂：4NaBO 2＋CO 2＋10H 2O===Na 2B 4O 7·10H 2O ＋Na 2CO 3。
(2)将硼砂溶于水，用硫酸溶液调节pH ，可析出溶解度小的硼酸晶体：Na 2B 4O 7＋H 2SO 4＋5H 2O===4H 3BO 3↓＋Na 2SO 4。
1．NaBH 4与FeCl 3反应可制取纳米铁：2FeCl 3＋6NaBH 4＋18H 2O===2Fe ＋6NaCl ＋6H 3BO 3＋21H 2↑，下列说法正确的是( )A ．该反应中氧化剂只有FeCl 3B ．NaBH 4的电子式为C ．NaBH 4不能与水发生反应D ．该反应中每生成1 mol Fe 转移电子3 mol答案 B解析 反应2FeCl 3＋6NaBH 4＋18H 2O===2Fe ＋6NaCl ＋6H 3BO 3＋21H 2↑中，FeCl 3中的Fe 由＋3价降低到0价，水中部分H 由＋1价降低到0价，所以该反应中氧化剂为FeCl 3和H 2O ，A 项错误；NaBH 4由钠离子与BH －4构成，为离子化合物，则其电子式为，B 项正确；NaBH 4中H 为－1价，水中H 为＋1价，两者发生归中反应可生成氢气，C 项错误；题述氧化还原反应中，化合价升高的只有NaBH 4中的H ，由－1价升高到0价，可据此判断电子转移数目，每生成1 mol Fe ，消耗3 mol NaBH 4，转移电子12 mol ，D 项错误。
第五章 p 区元素（一）第二节硼族元素5.2.3 硼的化合物硼的氢化物硼烷分类：BnH n+4 和 B n H n+6（少氢硼烷）（多氢硼烷）例： B2H6 B4H10乙硼烷丁硼烷有CH4，但无BH3最简单的硼烷：B2H6其结构并非如右图所示：HHBBHHH H硼烷的结构B：利用 sp3 杂化轨道，与氢形成三中心两电子键。
（氢桥）记作：HH B BHH HH要点：B的杂化方式，三中心两电子键、氢桥。
B4H10分子结构硼烷的性质① 自燃 高能燃料，剧毒（可与氰化氢和光气相比） 空气中允许的最高浓度 0.1 ppm O(g)3H (s)O B (g)3O (g)H B 232262+−→−+含硼化合物燃烧火焰呈现绿色② 水解(g)H 6(s)BO 2H O(l)3H (g)H B 233262+−→−+水下火箭燃料③ 配位反应 263B H 2CO 2[H B CO]+−−→←④ 加合反应4622NaBH H B 2NaH −→−+4622LiBH H B 2LiH −→−+⑤ 与卤素反应 6HCl (l)2BCl (g)6Cl (g)H B 3262+−→−+硼的含氧化合物①三氧化二硼 B2O3原子晶体：熔点460︒C无定形体：软化结构：一般以无定形的状态存在，很难形成晶体，但在高强度退火后也能结晶。
B2O3(无定形）＝ B2O3（晶体）△r Hθ= - 19.2 kJ·mol-1制备：性质：(1) 溶于水形成HBO2 或H3BO3(2) 能被碱金属及镁铝还原成单质硼(3) 与金属氧化物共熔形成具有特征颜色的玻璃状偏硼酸盐，用于鉴别金属离子。
(4) 与非金属氧化物反应P2O5 + B2O3 = 2 BPO4(两性性质)②硼酸 H3BO3结构：层状结构层内：B sp2杂化有氢键。
层间：范德华力。
∴似石墨，有解离性。
硼酸晶体的片层结构24723324 Na B O2HCl5H O4H BO Na SO++−−→+制备：R.T.微溶于水，T↗，溶解度↗，可用重结晶方法提纯。
高考化学工艺流程中的新考点---硼及其化合物一、知识拓展单质硼的性质无定形和粉末状硼比较活泼，而晶态硼惰性较大。
（1）与非金属作用无定形硼在室温下与F 2反应得到BF 3，加热时也能与O 2 、Cl 2、Br 2、S 和N 2反应，分别得到BCl 3、BBr 3、B 2S 3和BN （在1473K 以上）。
它不与H 2作用。
2B + 3F 22BF 3 4B + 3O 2 2B 2O 3 （2）与酸的作用它不与盐酸作用，仅被氧化性酸，如浓HNO 3、浓H 2SO 4和王水所氧化：B + 3HNO 3H 3BO 3 + 3NO 2↑ 2B + 3H 2SO 42H 3BO 3 + 3SO 2↑ （3）与强碱作用无定形硼与NaOH 有类似硅那样的反应；有强氧化剂存在时与强碱共熔可得偏硼酸盐 ： 2B + 6NaOH 2Na 3BO 3 + 3H 2↑2B + 2NaOH + 3KNO 32NaBO 2 + 3KNO 2+H 2O(4)赤热下，与水蒸气反应，2B ＋6H 2O(g) =====△B(OH)3＋3H 2。
(5)高温下同金属反应生成金属硼化物。
2.硼的工业制法①用浓碱溶液分离硼镁矿：Mg 2B 2O 5·5H 2O+2NaOH=2NaBO 2+2Mg （OH ）2↓＋3H 2O ②通CO 2调节碱度，分离出硼砂：4NaBO 2＋CO 2＋10H 2O===Na 2B 4O 7·10H 2O ＋Na 2CO 3。
③用硫酸调节酸度，析出细溶解度更小的硼酸晶体：Na 2B 4O 7＋H 2SO 4＋5H 2O===4H 3BO 3↓＋Na 2SO 4。
④加热、脱水：2H 3BO 3=====△B 2O 3＋3H 2O 、⑤用镁或铝还原成粗硼：B 2O 3＋3Mg=====△2B ＋3MgO另外，用硫酸和硼镁矿一步制得硼酸：Mg 2B 2O 5·5H 2O ＋2H 2SO 4=====△2MgSO 4＋2H 3BO 33.氧化硼B2O3的熔点为72OK，沸点为2523K；易溶于水，形成硼酸：B2O3 + 3H2O2H3BO3但遇热的水蒸气可生成易挥发的偏硼酸：B2O3 + H2O(g)2HBO2(g)4.硼酸（1）硼酸H3BO3为白色片状晶体，微溶于水，在热水中溶解度明显增大。
